JP7156938B2 - Bidirectional inverter and power storage system provided with the bidirectional inverter - Google Patents

Bidirectional inverter and power storage system provided with the bidirectional inverter Download PDF

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Description

本発明は、双方向インバータ特にARCP(Auxiliary Resonant Commutated Pole;補助共振転流ポール)方式を適用した双方向インバータおよび当該双方向インバータを備えた蓄電システムに関する。 The present invention relates to a bidirectional inverter, particularly to a bidirectional inverter to which an ARCP (Auxiliary Resonant Commutated Pole) method is applied, and to a power storage system including the bidirectional inverter.

蓄電システムの技術分野において、従来より、深夜に低価格の電力を利用して充電を行う一方、昼間にその充電された電力を放電する方式により、電力会社から購入する電力を削減する使用例が知られている。 In the technical field of power storage systems, there have been conventional examples of using low-cost electricity to charge batteries at midnight and discharge the charged electricity during the daytime to reduce the amount of electricity purchased from electric power companies. Are known.

図3に従来の一般的な蓄電システムの回路図を示す。図3において、1は交流系統、2は自立出力、S1,S2,S3,S4,S5,S6は開閉器、3はノイズフィルタ、C0は相間コンデンサ、L1,L2はチョークコイル、4は双方向インバータ、Q1,Q2,Q3,Q4は双方向インバータ4を構成するメインスイッチング素子、5は双方向DC/DCコンバータ、C1は第1の平滑コンデンサ、Q5,Q6は双方向DC/DCコンバータ5を構成するメインスイッチング素子、L3はチョークコイル、C2は第2の平滑コンデンサ、BTは蓄電池である。 FIG. 3 shows a circuit diagram of a conventional general power storage system. In FIG. 3, 1 is an AC system, 2 is a self-sustaining output, S1, S2, S3, S4, S5, and S6 are switches, 3 is a noise filter, C0 is an interphase capacitor, L1 and L2 are choke coils, and 4 is bidirectional. An inverter, Q1, Q2, Q3, and Q4 are main switching elements forming a bidirectional inverter 4, 5 is a bidirectional DC/DC converter, C1 is a first smoothing capacitor, and Q5 and Q6 are a bidirectional DC/DC converter 5. A main switching element, L3 is a choke coil, C2 is a second smoothing capacitor, and BT is a storage battery.

充電動作時においては、開閉器S1~S4をオンにするとともに、開閉器S5,S6をオフにし(交流系統1に対して自立出力2とノイズフィルタ3とが並列に接続される)、交流系統1からの交流電圧を双方向インバータ4によって昇圧された直流電圧に変換する。そして、双方向DC/DCコンバータ5によって蓄電池BTが必要とする直流電圧に降圧し、蓄電池BTを充電する。 During the charging operation, the switches S1 to S4 are turned on, and the switches S5 and S6 are turned off (the stand-alone output 2 and the noise filter 3 are connected in parallel to the AC system 1), and the AC system 1 is converted into a boosted DC voltage by a bi-directional inverter 4 . Then, the DC voltage is stepped down by the bidirectional DC/DC converter 5 to the DC voltage required by the storage battery BT, and the storage battery BT is charged.

放電動作時においては、開閉器S1~S4をオンにするとともに、開閉器S5,S6をオフにし、双方向DC/DCコンバータ5で蓄電池BTの電圧を昇圧する。そして、双方向インバータ4で直流から降圧された交流に変換して交流系統1と自立出力2へ放電する。 During the discharge operation, the switches S1 to S4 are turned on, the switches S5 and S6 are turned off, and the bidirectional DC/DC converter 5 boosts the voltage of the storage battery BT. Then, the direct current is converted into a stepped-down alternating current by the bidirectional inverter 4 and discharged to the alternating current system 1 and the isolated output 2 .

交流系統1が停電したときは、開閉器S1~S4をオフにするとともに、開閉器S5,S6をオンにし(交流系統1をノイズフィルタ3と自立出力2から切り離し、自立出力2はノイズフィルタ3に接続する)、放電動作時と同様にして蓄電池BTから自立出力2に交流を出力する。自立出力2には停電時に優先的に使用したい家電製品が接続される。 When the AC system 1 has a power failure, the switches S1 to S4 are turned off, and the switches S5 and S6 are turned on (the AC system 1 is separated from the noise filter 3 and the isolated output 2, and the isolated output 2 is connected to the noise filter 3 ), and an alternating current is output from the storage battery BT to the self-sustained output 2 in the same manner as during the discharge operation. The self-sustained output 2 is connected to home electric appliances to be preferentially used in the event of a power failure.

ところで、蓄電システムは、一般家庭に広く普及させるには価格が高く(特に、蓄電池BTが価格を押し上げている。)、手軽に購入することが難しいのが現状である。 By the way, the current situation is that the power storage system is expensive to be widely used in general households (especially, the storage battery BT is pushing up the price), and it is difficult to purchase it easily.

一般市場にあっては、蓄電池容量を犠牲にしても価格を下げたいという要求があり、この要求に応えるには、蓄電池BTの直列数を削減し、価格を下げた製品の開発が必要になってきている。 In the general market, there is a demand to reduce the price even if the storage battery capacity is sacrificed, and in order to meet this demand, it is necessary to reduce the number of series storage batteries BT and develop a product with a lower price. is coming.

しかし、蓄電池BTの直列数を削減すると蓄電池電圧が低下し、双方向DC/DCコンバータ5の昇降圧比(充電時は降圧比、放電時は昇圧比)が増加するが、これに起因する変換効率の悪化が問題となっている。 However, if the number of series storage batteries BT is reduced, the storage battery voltage will drop, and the step-up/step-down ratio of the bidirectional DC/DC converter 5 (step-down ratio during charging, step-up ratio during discharging) will increase. is a problem.

効率悪化対策として、高効率・双方向絶縁型DC/DCコンバータに関する論文において、双方向DC/DCコンバータの効率を改善するためのARCP回路が提案されている(非特許文献1参照)。 As a countermeasure against efficiency deterioration, an ARCP circuit for improving the efficiency of a bidirectional DC/DC converter is proposed in a paper on a highly efficient bidirectional isolated DC/DC converter (see Non-Patent Document 1).

図4は、図3の蓄電システムにおいて、その双方向DC/DCコンバータ5に対してARCP回路を追加適用したものを示す。 FIG. 4 shows an ARCP circuit additionally applied to the bidirectional DC/DC converter 5 in the power storage system of FIG.

図4において、6′はARCP回路、6a′は転流制御回路、6b′は整流回路、L4は共振用コイル、Q7,Q8は補助スイッチング素子、T0は充放電兼用のトランス、D1,D2は整流ダイオード、D3,D4は逆流防止用のダイオード、C3,C4は共振用コンデンサである。なお、図4において、図3で用いたのと同一符号は同一の構成要素を指すものとし、詳しい説明は省略する。 In FIG. 4, 6' is an ARCP circuit, 6a' is a commutation control circuit, 6b' is a rectifier circuit, L4 is a resonance coil, Q7 and Q8 are auxiliary switching elements, T0 is a charge/discharge transformer, D1 and D2 are Rectifying diodes, D3 and D4 are backflow prevention diodes, and C3 and C4 are resonance capacitors. In FIG. 4, the same reference numerals as those used in FIG. 3 denote the same components, and detailed description thereof will be omitted.

双方向DC/DCコンバータ5にはARCP回路6′が追加適用されている。ARCP回路6′は、転流制御回路6a′と整流回路6b′を有している。転流制御回路6a′は、共振用コイルL4、補助スイッチング素子Q7,Q8、共振用コンデンサC3,C4、充放電兼用のトランスT0、逆流防止用のダイオードD3,D4を有している。整流回路6b′は、整流ダイオードD1,D2で構成されている。 An ARCP circuit 6' is additionally applied to the bidirectional DC/DC converter 5. FIG. The ARCP circuit 6' has a commutation control circuit 6a' and a rectifier circuit 6b'. The commutation control circuit 6a' has a resonance coil L4, auxiliary switching elements Q7 and Q8, resonance capacitors C3 and C4, a transformer T0 for charging and discharging, and diodes D3 and D4 for preventing backflow. The rectifier circuit 6b' is composed of rectifier diodes D1 and D2.

ARCP回路6′の機能は次のとおりである。 The functions of the ARCP circuit 6' are as follows.

第2の平滑コンデンサC2の両端子間にチョークコイルL3とメインスイッチング素子Q6との直列回路が接続され、さらにメインスイッチング素子Q6の両端子間にハイサイドのメインスイッチング素子Q5の逆並列接続の寄生ダイオードと第1の平滑コンデンサC1との直列回路が接続されていて、これは放電モードの場合における昇圧チョッパの機能を形成する。 A series circuit of a choke coil L3 and a main switching element Q6 is connected between both terminals of the second smoothing capacitor C2. A series circuit of a diode and a first smoothing capacitor C1 is connected, which forms the function of a boost chopper in the case of discharge mode.

ローサイドのメインスイッチング素子Q6のスイッチングによって昇圧チョッパの機能を発揮させるのであるが、そのメインスイッチング素子Q6をターンオンさせるに際して、その前段階で、ローサイドの補助スイッチング素子Q8をオンにすることでローサイドのメインスイッチング素子Q6をソフトスイッチング方式でターンオンさせることができ、変換効率を向上させることができる。 The function of the boost chopper is exhibited by switching the main switching element Q6 on the low side. The switching element Q6 can be turned on by a soft switching method, and the conversion efficiency can be improved.

第1の平滑コンデンサC1の両端子間にハイサイドのメインスイッチング素子Q5とローサイドのメインスイッチング素子Q6における逆並列接続の寄生ダイオードとの直列回路が接続され、さらにこの寄生ダイオードの両端子間にチョークコイルL3と第2の平滑コンデンサC2との直列回路が接続されていて、これは充電モードの場合における降圧チョッパの機能を形成する。 A series circuit of the high-side main switching element Q5 and the antiparallel-connected parasitic diode in the low-side main switching element Q6 is connected between both terminals of the first smoothing capacitor C1. A series circuit of a coil L3 and a second smoothing capacitor C2 is connected, which forms the function of a step-down chopper in the case of charging mode.

ハイサイドのメインスイッチング素子Q5のスイッチングによって降圧チョッパの機能を発揮させるのであるが、そのメインスイッチング素子Q5をターンオンさせるに際して、その前段階で、ハイサイドの補助スイッチング素子Q7をオンにすることでハイサイドのメインスイッチング素子Q5をソフトスイッチング方式でターンオンさせることができ、変換効率を向上させることができる。 The function of the step-down chopper is exhibited by switching the main switching element Q5 on the high side. The side main switching element Q5 can be turned on by a soft switching method, and the conversion efficiency can be improved.

なお、上記した論文に開示された回路において、補助スイッチング素子Q7,Q8には逆流防止用のダイオードD3,D4が直列に挿入されてはいないが、実際は充放電兼用のトランスT0から発生する逆電圧による逆流を防止するため、逆流防止用のダイオードD3,D4は不可欠となっている。 In the circuit disclosed in the above paper, the diodes D3 and D4 for preventing backflow are not inserted in series with the auxiliary switching elements Q7 and Q8, but in reality the reverse voltage generated from the transformer T0 for both charging and discharging is The diodes D3 and D4 for preventing backflow are indispensable in order to prevent the backflow caused by the current.

ところで、以上のようにARCP回路を採用しても、蓄電池BTの低価格化を考慮すると、昇降圧比が5倍程度と依然として高いものになり、変換効率のさらなる改善が課題となっている。 By the way, even if the ARCP circuit is adopted as described above, the step-up/step-down ratio is still as high as about 5 times in consideration of the price reduction of the storage battery BT, and further improvement of the conversion efficiency is an issue.

そこで、さらなる改良を図るべく、出願人は図5に示すような蓄電システムを提案した(システムの主要部について特許出願済み)。これは、図4における双方向DC/DCコンバータ5内のARCP回路6′に対して、変形した構成のARCP回路6を代替したものに相当する。なお、図5において、図3、図4で用いたのと同一符号は同一の構成要素を指すものとし、詳しい説明は省略する。 Therefore, in order to achieve further improvement, the applicant proposed an electricity storage system as shown in FIG. 5 (a patent application has been filed for the main part of the system). This corresponds to replacing the ARCP circuit 6' in the bidirectional DC/DC converter 5 in FIG. 5, the same reference numerals as those used in FIGS. 3 and 4 indicate the same components, and detailed description thereof will be omitted.

図5においては、図4の場合の転流制御回路6a′における充放電兼用のトランスT0を充電用のハイサイドのトランスT1と放電用のローサイドのトランスT2とに分離している。そして、このトランスの分離に応じて、整流回路6bでは図4の場合の整流ダイオードD1,D2に対して整流ダイオードD5,D6を追加している。 In FIG. 5, the charging/discharging transformer T0 in the commutation control circuit 6a' of FIG. 4 is separated into a high-side transformer T1 for charging and a low-side transformer T2 for discharging. In accordance with this separation of the transformer, the rectifier circuit 6b has rectifier diodes D5 and D6 added to the rectifier diodes D1 and D2 in the case of FIG.

充電時はハイサイドの補助スイッチング素子Q7がスイッチングし充電用のハイサイドのトランスT1を駆動するが、従来のようにローサイドの補助スイッチング素子Q8で駆動する放電用のローサイドのトランスT2の巻線が充電用のハイサイドのトランスT1に存在しないので、ハイサイドの補助スイッチング素子Q7のスイッチングにより放電用のローサイドのトランスT2に電圧が発生することがなく、ローサイドの補助スイッチング素子Q8に対しては図4の場合の逆流防止用のダイオードD4は必要ではない。 During charging, the high-side auxiliary switching element Q7 switches and drives the high-side transformer T1 for charging. Since there is no voltage in the high-side transformer T1 for charging, the switching of the high-side auxiliary switching element Q7 does not generate a voltage in the low-side transformer T2 for discharging. The diode D4 for backflow prevention in the case of 4 is not necessary.

放電時はローサイドの補助スイッチング素子Q8がスイッチングし放電用のローサイドのトランスT2を駆動するが、従来のようにハイサイドの補助スイッチング素子Q7で駆動する充電用のハイサイドのトランスT1の巻線が放電用のローサイドのトランスT2に存在しないので、ローサイドの補助スイッチング素子Q8のスイッチングにより充電用のハイサイドのトランスT1に電圧が発生することがなく、ハイサイドの補助スイッチング素子Q7に対しては図4の場合の逆流防止用のダイオードD3は必要ではない。 During discharging, the low-side auxiliary switching element Q8 switches to drive the low-side discharging transformer T2. Since it does not exist in the low-side transformer T2 for discharging, no voltage is generated in the high-side transformer T1 for charging by the switching of the low-side auxiliary switching element Q8. The diode D3 for backflow prevention in the case of 4 is not necessary.

以上のように逆流防止用のダイオード(D3,D4)を挿入する必要がないため、逆流防止ダイオードで損失する電力が無くなり、変換効率を改善することができる。 As described above, since it is not necessary to insert the diodes (D3, D4) for preventing backflow, the power lost by the diodes for preventing backflow is eliminated, and the conversion efficiency can be improved.

以上、双方向インバータ4と双方向DC/DCコンバータ5とを備えた蓄電システムについて、その双方向DC/DCコンバータ5にARCP回路6を追加適用するに至った経緯を簡単に説明した。 A brief description has been given above of how the ARCP circuit 6 was additionally applied to the bidirectional DC/DC converter 5 of the power storage system including the bidirectional inverter 4 and the bidirectional DC/DC converter 5 .

“高効率・双方向絶縁型DCDCコンバータ”、[online]、2002年、ポニー電機株式会社、[平成30年11月12日検索]、インターネット<URL:http://pony-e.jp/High_efficiency_bi-directional_insulated_DCDCconverter.pdf>"High Efficiency, Bi-Directional Isolated DCDC Converter", [online], 2002, Pony Electric Co., Ltd., [searched November 12, 2018], Internet <URL: http://pony-e.jp/High_efficiency_bi -directional_insulated_DCDCconverter.pdf>

以下では、ARCP回路6を双方向DC/DCコンバータ5に適用する代わりに双方向インバータ4に対して適用する場合について図6を用いて説明する。図6に示す蓄電システムは、本願発明の課題を明らかにするための構成例であり、従来技術と捉えてはならない。 A case where the ARCP circuit 6 is applied to the bidirectional inverter 4 instead of the bidirectional DC/DC converter 5 will be described below with reference to FIG. The power storage system shown in FIG. 6 is a configuration example for clarifying the subject of the present invention, and should not be regarded as conventional technology.

図6は、図3の蓄電システムを基礎として変換効率の向上を期して検討された蓄電システムを示す回路図である。なお、図6において、図3、図4、図5で用いたのと同一符号は同一の構成要素を指すものとし、詳しい説明は省略する。 FIG. 6 is a circuit diagram showing an electricity storage system that has been studied with the expectation of improving the conversion efficiency based on the electricity storage system of FIG. 6, the same reference numerals as those used in FIGS. 3, 4, and 5 indicate the same components, and detailed description thereof will be omitted.

図6の蓄電システムは、図3の蓄電システムにおける双方向インバータ4に対してARCP回路を追加適用したものに相当する(繰り返しになるが、ARCP回路を双方向DC/DCコンバータ5に適用することに代えて、双方向インバータ4に対して適用している)。 The power storage system in FIG. 6 corresponds to the power storage system in FIG. 3 in which the ARCP circuit is additionally applied to the bidirectional inverter 4 (again, the ARCP circuit is applied to the bidirectional DC/DC converter 5). is applied to the bidirectional inverter 4 instead of ).

図6において1つのブロックで示され符号5で指示される双方向DC/DCコンバータ5は、その内部構成の図示を省略しているが、図3におけるのと同様に、ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子Q5,Q6、チョークコイルL3、第1および第2の平滑コンデンサC1,C2を備えて構成されている。なお、第1の平滑コンデンサC1は、説明の都合上、双方向DC/DCコンバータ5を示すブロックから外側にはみ出して図示している。 6, the bidirectional DC/DC converter 5 shown as one block and indicated by reference numeral 5 does not show its internal configuration, but as in FIG. It comprises switching elements Q5 and Q6, a choke coil L3, and first and second smoothing capacitors C1 and C2. For convenience of explanation, the first smoothing capacitor C1 is shown protruding outside the block showing the bidirectional DC/DC converter 5. As shown in FIG.

図6において、図3の双方向インバータ4に対応する部分は、2つの双方向インバータ部、すなわち第1の双方向インバータ部4aと第2の双方向インバータ部4bから構成されている。 In FIG. 6, the portion corresponding to the bidirectional inverter 4 in FIG. 3 is composed of two bidirectional inverter sections, ie, a first bidirectional inverter section 4a and a second bidirectional inverter section 4b.

次に、第1および第2の双方向インバータ部4a,4bの構成要素を、図5における双方向DC/DCコンバータ5のARCP回路6(トランス分離方式)の構成要素を参照して説明する。 Next, the components of the first and second bidirectional inverter sections 4a and 4b will be described with reference to the components of the ARCP circuit 6 (transformer isolation system) of the bidirectional DC/DC converter 5 in FIG.

図3の回路構成で説明したが、双方向インバータ4は、電流が交流系統1の側から蓄電池BTの側に向かう方向で昇圧機能を持ち、逆に、電流が蓄電池BTの側から交流系統1の側に向かう方向で降圧機能を持つ。一方、図5に示すARCP回路6を含む双方向DC/DCコンバータ5は、電流が交流系統1の側から蓄電池BTの側に向かう方向で降圧機能を持ち、逆に、電流が蓄電池BTの側から交流系統1の側に向かう方向で昇圧機能を持つ。つまり、双方向インバータ4とARCP回路6を含む双方向DC/DCコンバータ5とでは、昇降圧の方向性に関して電流の流れ方向が対称的(逆方向)となっている。 As explained with the circuit configuration of FIG. It has a pressure-lowering function in the direction toward the side of On the other hand, the bidirectional DC/DC converter 5 including the ARCP circuit 6 shown in FIG. It has a boosting function in the direction from to the AC system 1 side. That is, in the bidirectional inverter 4 and the bidirectional DC/DC converter 5 including the ARCP circuit 6, the current flow direction is symmetrical (reverse) with respect to the directionality of the step-up/step-down.

このことを勘案すると、図6における第1および第2の双方向インバータ部4a,4bの構成要素の配列順序は、図5の双方向DC/DCコンバータ5の構成要素の配列順序に対して逆方向の関係にあればよいことになる。 Taking this into consideration, the arrangement order of the components of the first and second bidirectional inverter sections 4a and 4b in FIG. 6 is the reverse of the arrangement order of the components of the bidirectional DC/DC converter 5 in FIG. It is good if there is a directional relationship.

図6において、第1の双方向インバータ部4aにおけるARCP回路6は転流制御回路6aと整流回路6bを有し、第2の双方向インバータ部4bにおけるARCP回路7は転流制御回路7aと整流回路7bを有している。 In FIG. 6, the ARCP circuit 6 in the first bidirectional inverter section 4a has a commutation control circuit 6a and a rectification circuit 6b, and the ARCP circuit 7 in the second bidirectional inverter section 4b has a commutation control circuit 7a and a rectification circuit 6b. It has a circuit 7b.

転流制御回路6a,7aは、共振用コイルL5,L6、ハイサイドの補助スイッチング素子Q9,Q11、充電用のハイサイドのトランスT3,T5の一次巻線、放電用のローサイドのトランスT4,T6の一次巻線、ローサイドの補助スイッチング素子Q10,Q12を有している。転流制御回路6a,7aには、図4における逆流防止用のダイオードD3,D4は接続されていない。 Commutation control circuits 6a and 7a include resonance coils L5 and L6, high-side auxiliary switching elements Q9 and Q11, primary windings of high-side charging transformers T3 and T5, and low-side discharging transformers T4 and T6. has a primary winding and low-side auxiliary switching elements Q10 and Q12. The commutation control circuits 6a and 7a are not connected to the backflow prevention diodes D3 and D4 in FIG.

第1の双方向インバータ部4aにおいては、ノイズフィルタ3側のハイサイドのチョークコイルL1が図5の蓄電池BT側に位置するチョークコイルL3に対応する。また、第2の双方向インバータ部4bにおいては、ノイズフィルタ3側のローサイドのチョークコイルL2が図5のチョークコイルL3に対応する。 In the first bidirectional inverter section 4a, the high-side choke coil L1 on the noise filter 3 side corresponds to the choke coil L3 positioned on the storage battery BT side in FIG. In the second bidirectional inverter section 4b, the low-side choke coil L2 on the noise filter 3 side corresponds to the choke coil L3 in FIG.

同様に、ハイサイドのメインスイッチング素子Q1,Q3が図5のハイサイドのメインスイッチング素子Q5に対応し、ローサイドのメインスイッチング素子Q2,Q4が図5のローサイドのメインスイッチング素子Q6に対応する。共振コイルL5,L6は図5の共振コイルL4に対応する。 Similarly, the high-side main switching elements Q1 and Q3 correspond to the high-side main switching element Q5 in FIG. 5, and the low-side main switching elements Q2 and Q4 correspond to the low-side main switching element Q6 in FIG. Resonance coils L5 and L6 correspond to resonance coil L4 in FIG.

補助スイッチング素子Q9,Q11は図5の転流制御回路6aにおけるハイサイドの補助スイッチング素子Q7に対応し、補助スイッチング素子Q10,Q12は図5のローサイドの補助スイッチング素子Q8に対応する。充電用のハイサイドのトランスT3,T5は図5の転流制御回路6aにおけるハイサイドの充電用のハイサイドのトランスT1に対応し、放電用のローサイドのトランスT4,T6は図5のローサイドの放電用のローサイドのトランスT2に対応する。ハイサイドの共振用コンデンサC5,C7は図5の共振用コンデンサC3に対応し、ローサイドの共振用コンデンサC6,C8は図5の共振用コンデンサC4に対応する。 The auxiliary switching elements Q9 and Q11 correspond to the high side auxiliary switching element Q7 in the commutation control circuit 6a of FIG. 5, and the auxiliary switching elements Q10 and Q12 correspond to the low side auxiliary switching element Q8 of FIG. High-side transformers T3 and T5 for charging correspond to the high-side charging transformer T1 in the commutation control circuit 6a of FIG. It corresponds to the low-side transformer T2 for discharge. High-side resonance capacitors C5 and C7 correspond to resonance capacitor C3 in FIG. 5, and low-side resonance capacitors C6 and C8 correspond to resonance capacitor C4 in FIG.

図6において、第1の双方向インバータ部4aにおける整流回路6bは整流ダイオードD7,D8,D9,D10から構成され、第2の双方向インバータ部4bにおける整流回路6bは整流ダイオードD11,D12,D13,D14から構成されている。 In FIG. 6, the rectifier circuit 6b in the first bidirectional inverter section 4a is composed of rectifier diodes D7, D8, D9 and D10, and the rectifier circuit 6b in the second bidirectional inverter section 4b is composed of rectifier diodes D11, D12 and D13. , D14.

図6における整流ダイオードD7,D8,D9,D10の部分および整流ダイオードD11,D12,D13,D14の部分は、図5の整流ダイオードD1,D2,D5,D6に対応する。 The rectifier diodes D7, D8, D9 and D10 and the rectifier diodes D11, D12, D13 and D14 in FIG. 6 correspond to the rectifier diodes D1, D2, D5 and D6 in FIG.

しかし、図6に示す蓄電システムにあっては、その双方向インバータ4は、双方向DC/DCコンバータ5のように直流電圧どうし間で昇圧変換または降圧変換を行うものではない。双方向インバータ4の交流系統1側または自立出力2側は交流電圧になるので、メインスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のデューティが大きな範囲で変化する。すなわち、デューティ最小(正弦波の最大電圧)からデューティ最大(正弦波のゼロ電圧)まで大きく変化する。 However, in the power storage system shown in FIG. 6, the bidirectional inverter 4 does not perform step-up conversion or step-down conversion between DC voltages like the bidirectional DC/DC converter 5 does. Since the AC system 1 side or the isolated output 2 side of the bidirectional inverter 4 becomes an AC voltage, the duty of the main switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 varies in a wide range. That is, the duty varies greatly from the minimum duty (maximum voltage of the sine wave) to the maximum duty (zero voltage of the sine wave).

そのため、双方向インバータ4に対して単純にARCP回路を適用するだけであると、動作の態様がハイサイド・ローサイドの補助スイッチング素子Q9,Q10またはQ11,Q12による共振条件から外れてしまう。その結果、所期通りのソフトスイッチングが難しくなり、双方向インバータ4の動作が不安定なものになってしまうという問題があった。 Therefore, if the ARCP circuit is simply applied to the bidirectional inverter 4, the mode of operation will deviate from the resonance condition due to the high-side/low-side auxiliary switching elements Q9, Q10 or Q11, Q12. As a result, it becomes difficult to perform the soft switching as expected, and the operation of the bidirectional inverter 4 becomes unstable.

本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、ARCP回路を適用した双方向インバータに関して、動作の安定化を図り、変換効率を改善することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and aims at stabilizing the operation and improving the conversion efficiency of a bidirectional inverter to which an ARCP circuit is applied.

本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題を解決する。 The present invention solves the above problems by taking the following measures.

本発明による双方向インバータは、
一対の電源ラインを構成するハイサイドラインとローサイドラインとの間に設けられた第1の双方向インバータ部と第2の双方向インバータ部とを備え、
前記第1の双方向インバータ部は、ハイサイドのメインスイッチング素子とローサイドのメインスイッチング素子との直列回路および第1のARCP回路を有し、
前記第2の双方向インバータ部は、ハイサイドのメインスイッチング素子とローサイドのメインスイッチング素子との直列回路および第2のARCP回路を有し、
前記第1および第2のARCP回路はそれぞれ、前記ハイサイドのメインスイッチング素子に対応してハイサイドの補助スイッチング素子と、前記ローサイドのメインスイッチング素子に対応してローサイドの補助スイッチング素子とを含み、
前記ハイサイドの補助スイッチング素子は前記ハイサイドのメインスイッチング素子のターンオン前にオンされ電流を転流させることにより、前記ハイサイドのメインスイッチング素子のソフトスイッチングを実行するとともに、前記ローサイドの補助スイッチング素子は前記ローサイドのメインスイッチング素子のターンオン前にオンされ電流を転流させることにより、前記ローサイドのメインスイッチング素子のソフトスイッチングを実行するように構成され、
前記ハイサイドおよびローサイドの補助スイッチング素子に対するスイッチング制御回路は、前記ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子のデューティが所定限界のデューティ状態に達する前に、前記各補助スイッチング素子の動作を停止させるように構成されていることを特徴とする。
A bidirectional inverter according to the present invention is
a first bidirectional inverter section and a second bidirectional inverter section provided between a high side line and a low side line that constitute a pair of power supply lines;
The first bidirectional inverter section has a series circuit of a high-side main switching element and a low-side main switching element and a first ARCP circuit,
The second bidirectional inverter section has a series circuit of a high-side main switching element and a low-side main switching element and a second ARCP circuit,
each of the first and second ARCP circuits includes a high-side auxiliary switching element corresponding to the high-side main switching element and a low-side auxiliary switching element corresponding to the low-side main switching element;
The high-side auxiliary switching element is turned on before the high-side main switching element is turned on to commutate current, thereby performing soft switching of the high-side main switching element and the low-side auxiliary switching element. is turned on before the low-side main switching element is turned on to commutate current, thereby performing soft switching of the low-side main switching element;
The switching control circuit for the high-side and low-side auxiliary switching elements is configured to stop the operation of each of the auxiliary switching elements before the duty of the high-side and low-side main switching elements reaches a predetermined limit duty state. It is characterized by being

また、本発明による蓄電システムは、
上記構成の双方向インバータと、双方向DC/DCコンバータとが交流系統と蓄電池との間で直列に接続され、
前記双方向インバータと前記双方向DC/DCコンバータとを結ぶ前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に平滑コンデンサが接続され、
前記第1の双方向インバータ部における前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記ローサイドのメインスイッチング素子との共通接続点が前記交流系統側のハイサイドのチョークコイルに接続され、
前記第2の双方向インバータ部における前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記ローサイドのメインスイッチング素子との共通接続点が前記交流系統側のローサイドのチョークコイルに接続されていることを特徴とする。
In addition, the power storage system according to the present invention is
The bidirectional inverter having the above configuration and the bidirectional DC/DC converter are connected in series between the AC system and the storage battery,
a smoothing capacitor is connected between the high side line and the low side line connecting the bidirectional inverter and the bidirectional DC/DC converter;
a common connection point between the high-side main switching element and the low-side main switching element in the first bidirectional inverter section is connected to the high-side choke coil on the AC system side;
A common connection point between the high-side main switching element and the low-side main switching element in the second bidirectional inverter section is connected to a low-side choke coil on the AC system side.

本発明の構成によれば、双方向インバータにARCP回路を追加適用している。この場合に、交流の正の半サイクル期間用に第1の双方向インバータ部と第1のARCP回路を備えるとともに、負の半サイクル期間用に第2の双方向インバータ部と第2のARCP回路を備え、第1および第2のいずれの双方向インバータ部においても、それぞれのハイサイドのメインスイッチング素子およびローサイドのメインスイッチング素子に対して、ターンオン前にハイサイドおよびローサイドの各補助スイッチング素子をオンし電流を転流させることにより、ソフトスイッチングを実行し得る。 According to the configuration of the present invention, an ARCP circuit is additionally applied to the bidirectional inverter. In this case, a first bidirectional inverter section and a first ARCP circuit are provided for the AC positive half cycle period, and a second bidirectional inverter section and a second ARCP circuit are provided for the negative half cycle period. and turning on each of the high-side and low-side auxiliary switching elements before turning on the respective high-side main switching elements and low-side main switching elements in both the first and second bidirectional inverter sections. Soft switching can be performed by commutating the current.

しかしながら、双方向インバータは、交流系統と直流系統との間に接続されるもので、直流系統どうし間に接続される双方向DC/DCコンバータとは違って、メインスイッチング素子のデューティが大きく変化する。そのため、ARCP回路が追加適用された双方向インバータにおいては、そのメインスイッチング素子のソフトスイッチングの態様が補助スイッチング素子による共振条件から外れて、ソフトスイッチングが不安定になるという問題があった。 However, a bidirectional inverter is connected between an AC system and a DC system, and unlike a bidirectional DC/DC converter that is connected between DC systems, the duty of the main switching element changes greatly. . Therefore, in the bidirectional inverter to which the ARCP circuit is additionally applied, the soft switching mode of the main switching element deviates from the resonance condition of the auxiliary switching element, and the soft switching becomes unstable.

しかるに本発明においては、ARCP回路におけるハイサイドおよびローサイドの補助スイッチング素子に対するスイッチング制御において、ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子のデューティが大きく変化して所定限界のデューティ状態に達する前に、各補助スイッチング素子の動作を停止させている。 However, in the present invention, in the switching control of the high-side and low-side auxiliary switching elements in the ARCP circuit, each auxiliary switching element is controlled before the duty of the high-side and low-side main switching elements largely changes and reaches a predetermined limit duty state. It stops the operation of the device.

その結果、第1の双方向インバータ部においても第2の双方向インバータ部においても、そのメインスイッチング素子のソフトスイッチングが安定化し、双方向インバータの変換効率を改善することが可能となる。 As a result, in both the first bidirectional inverter section and the second bidirectional inverter section, the soft switching of the main switching elements is stabilized, and the conversion efficiency of the bidirectional inverter can be improved.

上記構成の本発明の双方向インバータには、次のような好ましい態様がある。 The bidirectional inverter of the present invention having the above configuration has the following preferred aspects.

前記第1および第2のARCP回路はそれぞれ、転流制御回路と整流回路とを有し、
前記転流制御回路は、前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に前記ハイサイドの補助スイッチング素子とトランスの一次巻線と前記ローサイドの補助スイッチング素子の直列回路が接続され、前記ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子の共通接続点と前記トランスの一次巻線とが共振用コイルを介して接続され、前記ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子の電流路を構成する両端子間にそれぞれハイサイドおよびローサイドの共振用コンデンサが並列に接続され、
前記整流回路は、前記トランスの二次巻線に誘起される電流を前記ハイサイドラインから前記ローサイドラインに向かう方向に供給するように構成されている、という態様がある。
the first and second ARCP circuits each have a commutation control circuit and a rectification circuit;
In the commutation control circuit, a series circuit of the high-side auxiliary switching element, the primary winding of a transformer, and the low-side auxiliary switching element is connected between the high-side line and the low-side line. A common connection point of the low-side main switching elements and the primary winding of the transformer are connected via a resonance coil, and high-side and low-side main switching elements are connected between both terminals constituting current paths of the high-side and low-side main switching elements, respectively. A low-side resonant capacitor is connected in parallel,
The rectifier circuit may be configured to supply a current induced in a secondary winding of the transformer in a direction from the high side line to the low side line.

この場合、メインスイッチング素子のソフトスイッチングの安定化と、双方向インバータの変換効率の改善がより実効性のあるものとなる。 In this case, stabilization of soft switching of the main switching element and improvement of conversion efficiency of the bidirectional inverter become more effective.

さらに、前記トランスは、前記ハイサイドの補助スイッチング素子に一次巻線が接続されたハイサイドのトランスと、前記ローサイドの補助スイッチング素子に一次巻線が接続されたローサイドのトランスとを有し、前記ハイサイドのトランスと前記ローサイドのトランスとが実質的に磁気結合することなく互いに分離配置されている、という態様がある。 Further, the transformer includes a high-side transformer having a primary winding connected to the high-side auxiliary switching element and a low-side transformer having a primary winding connected to the low-side auxiliary switching element, There is a mode in which the high-side transformer and the low-side transformer are separated from each other without being substantially magnetically coupled.

この場合、転流制御回路と整流回路との磁気結合のためのトランスを放電用トランスと充電用トランスとに分離してあるので、ARCP回路でソフトスイッチングのための共振動作をさせるに際し、ローサイドの一次巻線に対する励磁がハイサイドの一次巻線に逆起電力を発生させることがなく、またハイサイドの一次巻線に対する励磁がローサイドの一次巻線に逆起電力を発生させることもない。その結果、ARCP回路のハイサイド部分にもローサイド部分にも従来例のように逆流防止用のダイオードを挿入する必要がなくなり、その逆流防止用のダイオードで消費される電力を節約することが可能となる。 In this case, the transformer for magnetic coupling between the commutation control circuit and the rectifier circuit is separated into a discharging transformer and a charging transformer. Energizing the primary winding will not cause a back EMF in the high side primary winding, nor will energizing the high side primary winding cause a back EMF in the low side primary winding. As a result, it is no longer necessary to insert backflow prevention diodes in both the high-side and low-side portions of the ARCP circuit as in the conventional example, and it is possible to save the power consumed by the backflow prevention diodes. Become.

本発明によれば、ARCP回路を適用した双方向インバータにおいて、動作の安定化を図り、変換効率を改善することができる。 According to the present invention, it is possible to stabilize the operation and improve the conversion efficiency in the bidirectional inverter to which the ARCP circuit is applied.

本発明の実施例における蓄電システムの構成を示す回路図1 is a circuit diagram showing the configuration of a power storage system according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施例における蓄電システムのスイッチング制御の説明図Explanatory diagram of switching control of the storage system in the embodiment of the present invention 従来例における蓄電システムの構成を示す回路図Circuit diagram showing the configuration of a conventional power storage system 別の従来例における蓄電システムの構成を示す回路図A circuit diagram showing the configuration of an electricity storage system in another conventional example 図4に示す従来例を改善した蓄電システムの構成を示す回路図A circuit diagram showing the configuration of a power storage system improved from the conventional example shown in FIG. ARCP回路を適用した双方向インバータを搭載した蓄電システムの構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of a power storage system equipped with a bidirectional inverter using an ARCP circuit

以下、上記構成の本発明の双方向インバータおよび当該双方向インバータを搭載した蓄電システムにつき、その実施の形態を具体的な実施例のレベルで詳しく説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the bidirectional inverter of the present invention configured as described above and an electric storage system equipped with the bidirectional inverter will be described in detail at the level of specific examples.

図1に示すように、交流系統(商用電力系統)1と蓄電池BTとの間にあって双方向インバータ4と双方向DC/DCコンバータ5とが直列に接続されている。双方向DC/DCコンバータ5の電源ラインであるハイサイドラインLHとローサイドラインLLとの間に第1の平滑コンデンサC1が接続されている。この第1の平滑コンデンサC1は双方向DC/DCコンバータ5の構成要素の1つであるが、説明の都合上、双方向DC/DCコンバータ5を示すブロックの外側に図示している。 As shown in FIG. 1, a bidirectional inverter 4 and a bidirectional DC/DC converter 5 are connected in series between an AC system (commercial power system) 1 and a storage battery BT. A first smoothing capacitor C1 is connected between the high-side line LH and the low-side line LL, which are power supply lines of the bidirectional DC/DC converter 5 . Although the first smoothing capacitor C1 is one of the components of the bidirectional DC/DC converter 5, it is shown outside the block showing the bidirectional DC/DC converter 5 for convenience of explanation.

交流系統1に対してハイサイド・ローサイド一対の開閉器S1,S2を介してノイズフィルタ3が接続されているとともに、自立出力2に対してハイサイド・ローサイド一対の開閉器S5,S6を介してノイズフィルタ3が接続されている。また、交流系統1と自立出力2とはハイサイド・ローサイド一対の開閉器S3,S4を介して並列に接続されている。 A noise filter 3 is connected to the AC system 1 through a pair of high-side and low-side switches S1 and S2, and to the independent output 2 through a pair of high-side and low-side switches S5 and S6. A noise filter 3 is connected. The AC system 1 and the isolated output 2 are connected in parallel via a pair of high-side and low-side switches S3 and S4.

双方向インバータ4は、前段側の第1の双方向インバータ部4aと後段側の第2の双方向インバータ部4bとから構成されている。 The bidirectional inverter 4 is composed of a first bidirectional inverter section 4a on the front stage side and a second bidirectional inverter section 4b on the rear stage side.

ノイズフィルタ3の出力端子間には相間コンデンサC0が接続され、ノイズフィルタ3の出力側のハイサイドラインLHにはハイサイドのチョークコイルL1を介して双方向インバータ4における第1の双方向インバータ部4aが接続され、ノイズフィルタ3の出力側のローサイドラインLLにはローサイドのチョークコイルL2を介して双方向インバータ4における第2の双方向インバータ部4bが接続されている。 An interphase capacitor C0 is connected between the output terminals of the noise filter 3, and a high side line LH on the output side of the noise filter 3 is connected to a first bidirectional inverter section in the bidirectional inverter 4 via a high side choke coil L1. 4a is connected, and the second bidirectional inverter section 4b in the bidirectional inverter 4 is connected to the low side line LL on the output side of the noise filter 3 via the low side choke coil L2.

第1の双方向インバータ部4aは、ハイサイドのメインスイッチング素子Q1とローサイドのメインスイッチング素子Q2との直列回路および第1のARCP回路6から構成されている。メインスイッチング素子Q1,Q2の直列回路は、双方向DC/DCコンバータ5における第1の平滑コンデンサC1を挟んだ電源ラインであるハイサイドラインLHとローサイドラインLLとの間に接続されている。 The first bidirectional inverter section 4 a is composed of a series circuit of a high-side main switching element Q 1 and a low-side main switching element Q 2 and a first ARCP circuit 6 . A series circuit of the main switching elements Q1 and Q2 is connected between a high side line LH and a low side line LL which are power supply lines with the first smoothing capacitor C1 in the bidirectional DC/DC converter 5 interposed therebetween.

第1のARCP回路6は、転流制御回路6aと整流回路6bとから構成されている。
転流制御回路6aは、ハイサイドの補助スイッチング素子Q9とトランス(T3,T4)の一次巻線とローサイドの補助スイッチング素子Q10の直列回路と、共振用コイルL5とハイサイドの共振用コンデンサC5とローサイドの共振用コンデンサC6とから構成されている。
The first ARCP circuit 6 is composed of a commutation control circuit 6a and a rectifier circuit 6b.
The commutation control circuit 6a includes a series circuit of a high-side auxiliary switching element Q9, the primary windings of transformers (T3 and T4), and a low-side auxiliary switching element Q10, a resonance coil L5, and a high-side resonance capacitor C5. It is composed of a low-side resonance capacitor C6.

ハイサイドの補助スイッチング素子Q9とローサイドの補助スイッチング素子Q10との間に接続されたトランス(T3,T4)は、ハイサイドのトランスT3とローサイドのトランスT4とに分離されて配置されている。すなわち、ハイサイドのトランスT3の一次巻線とローサイドのトランスT4の一次巻線とが直列に接続され、その直列回路が補助スイッチング素子Q9と補助スイッチング素子Q10との間に接続されている。 The transformers (T3, T4) connected between the high-side auxiliary switching element Q9 and the low-side auxiliary switching element Q10 are separated into a high-side transformer T3 and a low-side transformer T4. That is, the primary winding of the high-side transformer T3 and the primary winding of the low-side transformer T4 are connected in series, and the series circuit is connected between the auxiliary switching element Q9 and the auxiliary switching element Q10.

ハイサイドのトランスT3の一次巻線とローサイドのトランスT4の一次巻線との共通接続点N1とハイサイドのメインスイッチング素子Q1とローサイドのメインスイッチング素子Q2との共通接続点N2との間に共振用コイルL5が接続されている。さらに、ハイサイドのメインスイッチング素子Q1の電流路を構成する両端子間にハイサイドの共振用コンデンサC5が接続され、ローサイドのメインスイッチング素子Q2の電流路を構成する両端子間にローサイドの共振用コンデンサC6が接続されている。 Resonance occurs between a common connection point N1 between the primary winding of the high-side transformer T3 and the primary winding of the low-side transformer T4 and a common connection point N2 between the high-side main switching element Q1 and the low-side main switching element Q2. coil L5 is connected. Furthermore, a high-side resonance capacitor C5 is connected between both terminals forming the current path of the high-side main switching element Q1, and a low-side resonance capacitor C5 is connected between both terminals forming the current path of the low-side main switching element Q2. A capacitor C6 is connected.

前述したように、メインスイッチング素子Q1,Q2、共振用コイルL5、共振用コンデンサC5,C6の共通接続点N2が交流系統1側のハイサイドのチョークコイルL1に接続されている。 As described above, the common connection point N2 of the main switching elements Q1 and Q2, the resonance coil L5, and the resonance capacitors C5 and C6 is connected to the high-side choke coil L1 on the AC system 1 side.

第1のARCP回路6における整流回路6bは、4つの整流ダイオードD7,D8,D9,D10を有している。整流ダイオードD7は、そのアノードがハイサイドのトランスT3の二次巻線の一方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。 The rectifier circuit 6b in the first ARCP circuit 6 has four rectifier diodes D7, D8, D9 and D10. The rectifier diode D7 has its anode connected to one end of the secondary winding of the high-side transformer T3, and its cathode connected to the high-side line LH.

整流ダイオードD8は、そのアノードがハイサイドのトランスT3の二次巻線の他方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。ハイサイドのトランスT3の二次巻線の中間タップはローサイドラインLLに接続されている。 The rectifier diode D8 has its anode connected to the other end of the secondary winding of the high-side transformer T3, and its cathode connected to the high-side line LH. The middle tap of the secondary winding of the high side transformer T3 is connected to the low side line LL.

整流ダイオードD9は、そのアノードがローサイドのトランスT4の二次巻線の一方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。整流ダイオードD10は、そのアノードがハイサイドのトランスT5の二次巻線の他方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。ローサイドのトランスT4の二次巻線の中間タップはローサイドラインLLに接続されている。 The rectifier diode D9 has its anode connected to one end of the secondary winding of the low-side transformer T4, and its cathode connected to the high-side line LH. The rectifier diode D10 has its anode connected to the other end of the secondary winding of the high-side transformer T5, and its cathode connected to the high-side line LH. The middle tap of the secondary winding of the low-side transformer T4 is connected to the low-side line LL.

以上のようにして、整流回路6bは、第1の平滑コンデンサC1に対してトランス(T3,T4)の二次巻線に誘起される電流をハイサイドラインLHからローサイドラインLLに向かう一方向で供給するように構成されている。 As described above, the rectifier circuit 6b causes the current induced in the secondary windings of the transformers (T3, T4) to flow in one direction from the high side line LH to the low side line LL to the first smoothing capacitor C1. configured to supply

第2の双方向インバータ部4bは、ハイサイドのメインスイッチング素子Q3とローサイドのメインスイッチング素子Q4との直列回路および第2のARCP回路7から構成されている。メインスイッチング素子Q3,Q4の直列回路は、ハイサイドラインLHとローサイドラインLLとの間に接続されている。 The second bidirectional inverter section 4 b is composed of a series circuit of a high-side main switching element Q 3 and a low-side main switching element Q 4 and a second ARCP circuit 7 . A series circuit of the main switching elements Q3 and Q4 is connected between the high side line LH and the low side line LL.

第2のARCP回路7は転流制御回路7aと整流回路7bとから構成されている。転流制御回路7aは、ハイサイドの補助スイッチング素子Q11とトランス(T5,T6)の一次巻線とローサイドの補助スイッチング素子Q12の直列回路と、共振用コイルL6とハイサイドの共振用コンデンサC7とローサイドの共振用コンデンサC8とから構成されている。 The second ARCP circuit 7 is composed of a commutation control circuit 7a and a rectifier circuit 7b. The commutation control circuit 7a includes a series circuit of a high-side auxiliary switching element Q11, the primary windings of transformers (T5 and T6), and a low-side auxiliary switching element Q12, a resonance coil L6, and a high-side resonance capacitor C7. It is composed of a low-side resonance capacitor C8.

ハイサイドの補助スイッチング素子Q11とローサイドの補助スイッチング素子Q12との間に接続されたトランス(T5,T6)は、ハイサイドのトランスT5とローサイドのトランスT6とに分離されて配置されている。すなわち、ハイサイドのトランスT5の一次巻線とローサイドのトランスT6の一次巻線とが直列に接続され、その直列回路が補助スイッチング素子Q11と補助スイッチング素子Q12との間に接続されている。 The transformers (T5, T6) connected between the high-side auxiliary switching element Q11 and the low-side auxiliary switching element Q12 are separated into a high-side transformer T5 and a low-side transformer T6. That is, the primary winding of the high-side transformer T5 and the primary winding of the low-side transformer T6 are connected in series, and the series circuit is connected between the auxiliary switching element Q11 and the auxiliary switching element Q12.

ハイサイドのトランスT5の一次巻線とローサイドのトランスT6の一次巻線との共通接続点N3とハイサイドのメインスイッチング素子Q3とローサイドのメインスイッチング素子Q4との共通接続点N4との間に共振用コイルL6が接続されている。さらに、ハイサイドのメインスイッチング素子Q3の電流路を構成する両端子間にハイサイドの共振用コンデンサC7が接続され、ローサイドのメインスイッチング素子Q4の電流路を構成する両端子間にローサイドの共振用コンデンサC8が接続されている。 Resonance occurs between a common connection point N3 between the primary winding of the high-side transformer T5 and the primary winding of the low-side transformer T6 and a common connection point N4 between the high-side main switching element Q3 and the low-side main switching element Q4. coil L6 is connected. Furthermore, a high-side resonance capacitor C7 is connected between both terminals forming the current path of the high-side main switching element Q3, and a low-side resonance capacitor C7 is connected between both terminals forming the current path of the low-side main switching element Q4. A capacitor C8 is connected.

前述したように、メインスイッチング素子Q3,Q4、共振用コイルL6、共振用コンデンサC7,C8の共通接続点N4が交流系統1側のローサイドのチョークコイルL2に接続されている。 As described above, the common connection point N4 of the main switching elements Q3, Q4, the resonance coil L6, and the resonance capacitors C7, C8 is connected to the low-side choke coil L2 on the AC system 1 side.

第2のARCP回路7における整流回路7bは、4つの整流ダイオードD11,D12,D13,D14を有している。整流ダイオードD11は、そのアノードがハイサイドのトランスT5の二次巻線の一方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。整流ダイオードD12は、そのアノードがハイサイドのトランスT5の二次巻線の他方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。ハイサイドのトランスT5の二次巻線の中間タップはローサイドラインLLに接続されている。 The rectifier circuit 7b in the second ARCP circuit 7 has four rectifier diodes D11, D12, D13 and D14. The rectifier diode D11 has its anode connected to one end of the secondary winding of the high-side transformer T5, and its cathode connected to the high-side line LH. The rectifier diode D12 has its anode connected to the other end of the secondary winding of the high-side transformer T5, and its cathode connected to the high-side line LH. The middle tap of the secondary winding of the high side transformer T5 is connected to the low side line LL.

整流ダイオードD13は、そのアノードがローサイドのトランスT6の二次巻線の一方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。整流ダイオードD14は、そのアノードがローサイドのトランスT6の二次巻線の他方端に接続され、そのカソードがハイサイドラインLHに接続されている。ローサイドのトランスT6の二次巻線の中間タップはローサイドラインLLに接続されている。 The rectifier diode D13 has its anode connected to one end of the secondary winding of the low-side transformer T6, and its cathode connected to the high-side line LH. The rectifier diode D14 has its anode connected to the other end of the secondary winding of the low-side transformer T6, and its cathode connected to the high-side line LH. The center tap of the secondary winding of the low-side transformer T6 is connected to the low-side line LL.

以上のようにして、整流回路7bは、第1の平滑コンデンサC1に対してトランス(T5,T6)の二次巻線に誘起される電流をハイサイドラインLHからローサイドラインLLに向かう一方向で供給するように構成されている。 As described above, the rectifier circuit 7b causes the current induced in the secondary windings of the transformers (T5, T6) to flow in one direction from the high side line LH to the low side line LL to the first smoothing capacitor C1. configured to supply

そして、本発明では、ハイサイドの補助スイッチング素子Q9,Q11およびローサイドの補助スイッチング素子Q10,Q12に対するスイッチング制御回路8は、ハイサイドのメインスイッチング素子Q1,Q3のデューティが所定限界のデューティ状態に達する前に、ハイサイドの補助スイッチング素子Q9,Q11の動作を停止させるとともに、ローサイドのメインスイッチング素子Q2,Q4のデューティが所定限界のデューティ状態に達する前に、ローサイドの補助スイッチング素子Q10,Q12の動作を停止させるように構成されている。 In the present invention, the switching control circuit 8 for the high-side auxiliary switching elements Q9 and Q11 and the low-side auxiliary switching elements Q10 and Q12 causes the duty of the high-side main switching elements Q1 and Q3 to reach a predetermined limit duty state. before the operation of the high-side auxiliary switching elements Q9 and Q11 is stopped, and before the duty of the low-side main switching elements Q2 and Q4 reaches a predetermined limit duty state, the low-side auxiliary switching elements Q10 and Q12 are operated. is configured to stop

補助スイッチング素子Q9,Q10,Q11,Q12の動作を停止させるときの所定限界のデューティ状態については、個々の蓄電システムにおける各構成要素の回路定数に応じて定めればよい。 The duty state of the predetermined limit when stopping the operation of the auxiliary switching elements Q9, Q10, Q11, Q12 may be determined according to the circuit constant of each component in the individual power storage system.

図2は所定限界のデューティについての一例を示す。例えば、デューティ15パーセントの下限値以下およびデューティ80パーセントの上限値以上で、補助スイッチング素子Q9,Q10,Q11,Q12の共振条件から外れる場合、スイッチング制御回路8は、入力交流電圧に対するメインのスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のデューティを監視し、例えばデューティ15パーセント以下となる第1および第2の領域reg1,reg2に達する前と、例えばデューティ80パーセント以上となる第3および第4の領域reg3,reg4に達する前とにおいて、補助スイッチング素子Q9,Q10,Q11,Q12の動作を停止させる。 FIG. 2 shows an example of a predetermined limit duty. For example, when the resonance conditions of the auxiliary switching elements Q9, Q10, Q11, and Q12 are not met at the lower limit of the duty of 15% and the upper limit of the duty of 80%, the switching control circuit 8 controls the main switching element with respect to the input AC voltage. The duties of Q1, Q2, Q3 and Q4 are monitored, before reaching the first and second regions reg1 and reg2 where the duty is 15% or less, for example, and before reaching the third and fourth region reg3 where the duty is 80% or more. , reg4, the operation of the auxiliary switching elements Q9, Q10, Q11, Q12 is stopped.

(1)あるフェーズにおいて、メインスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4、補助スイッチング素子Q9,Q10,Q11,Q12がオフ状態にあるとする。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路6a,7aには電流は流れず、整流回路6b,7bにも電流は流れない。この状態で、相間コンデンサC0→ハイサイドのチョークコイルL1→共通接続点N2→ハイサイドのメインスイッチング素子Q1の逆並列接続の寄生ダイオード→ハイサイドラインLH→第1の平滑コンデンサC1→ローサイドラインLL→ローサイドのメインスイッチング素子Q4の逆並列接続の寄生ダイオード→共通接続点N4→相間コンデンサC0の経路に電流が流れる。 (1) Assume that the main switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 and the auxiliary switching elements Q9, Q10, Q11, Q12 are in the OFF state in a certain phase. This is the steady state prior to commutation operation. Before commutation, no current flows through the commutation control circuits 6a and 7a, and no current flows through the rectifier circuits 6b and 7b. In this state, the phase-to-phase capacitor C0→high-side choke coil L1→common connection point N2→antiparallel-connected parasitic diode of the high-side main switching element Q1→high-side line LH→first smoothing capacitor C1→low-side line LL →Antiparallel-connected parasitic diode of the low-side main switching element Q4→Common connection point N4→Interphase capacitor C0.

(2)次のフェーズにおいて、ローサイドの補助スイッチング素子Q10とハイサイドの補助スイッチング素子Q11がターンオンする。その結果、転流によって、共通接続点N2→共振用コイルL5→ローサイドのトランスT4の一次巻線→ローサイドの補助スイッチング素子Q10の経路からハイサイドの補助スイッチング素子Q11→ハイサイドのトランスT5の一次巻線→共振用コイルL6→共通接続点N4の経路が形成される。ローサイドのトランスT4の二次巻線に誘起された電圧により、整流ダイオードD9,D10からハイサイドラインLHを介して、また、ハイサイドのトランスT5の二次巻線に誘起された電圧により、整流ダイオードD11,D12からハイサイドラインLHを介して、それぞれ第1の平滑コンデンサC1に充電が行われる(整流回路6b,7bによる充電)。 (2) In the next phase, the low-side auxiliary switching element Q10 and the high-side auxiliary switching element Q11 are turned on. As a result, due to commutation, the path from the common connection point N2→the resonance coil L5→the primary winding of the low-side transformer T4→the low-side auxiliary switching element Q10 to the high-side auxiliary switching element Q11→the high-side transformer T5 primary. A path of winding→resonance coil L6→common connection point N4 is formed. Rectification by the voltage induced in the secondary winding of the transformer T4 on the low side through the rectifier diodes D9 and D10 through the high side line LH and by the voltage induced in the secondary winding of the transformer T5 on the high side The first smoothing capacitor C1 is charged from the diodes D11 and D12 via the high side line LH (charging by the rectifier circuits 6b and 7b).

(3)次のフェーズにおいて、さらに転流によって、ローサイドの共振用コンデンサC6およびハイサイドの共振用コンデンサC7が活性化され、共振動作が生じる。整流回路6b,7bによる第1の平滑コンデンサC1への充電は継続される。 (3) In the next phase, further commutation activates the low-side resonant capacitor C6 and the high-side resonant capacitor C7, resulting in resonant operation. Charging of the first smoothing capacitor C1 by the rectifier circuits 6b and 7b is continued.

(4)次のフェーズにおいて、ローサイドの共振用コンデンサC6の両端電圧が0レベルになると、ローサイドのメインスイッチング素子Q2がターンオンする。また、ハイサイドの共振用コンデンサC7の両端電圧が0レベルになると、ハイサイドのメインスイッチング素子Q3がターンオンする。このメインスイッチング素子Q2,Q3のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング(ゼロ電圧スイッチング(ZVS))を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。 (4) In the next phase, when the voltage across the low-side resonance capacitor C6 becomes 0 level, the low-side main switching element Q2 is turned on. Further, when the voltage across the high-side resonance capacitor C7 becomes 0 level, the high-side main switching element Q3 is turned on. The turn-on of the main switching elements Q2 and Q3 utilizes soft switching (zero voltage switching (ZVS)) due to a high frequency resonance phenomenon, and switching loss is reduced.

ローサイドのメインスイッチング素子Q2がターンオンした時点から共振用コイルL5に流れる電流が徐々に減少し、ローサイドのメインスイッチング素子Q2を中心とする電流へと遷移する。同様に、ハイサイドのメインスイッチング素子Q3がターンオンした時点から共振用コイルL6に流れる電流が徐々に減少し、ハイサイドのメインスイッチング素子Q3を中心とする電流へと遷移する。整流回路6b,7bによる第1の平滑コンデンサC1への充電は継続される。 When the low-side main switching element Q2 is turned on, the current flowing through the resonance coil L5 gradually decreases and transitions to a current centering on the low-side main switching element Q2. Similarly, when the high-side main switching element Q3 is turned on, the current flowing through the resonance coil L6 gradually decreases and transitions to a current centering on the high-side main switching element Q3. Charging of the first smoothing capacitor C1 by the rectifier circuits 6b and 7b is continued.

(5)次のフェーズにおいて、共振用コイルL5の電流が無くなり、ローサイドの補助スイッチング素子Q10がターンオフするとともに、共振用コイルL6の電流が無くなり、ハイサイドの補助スイッチング素子Q11がターンオフする。この補助スイッチング素子Q10,Q11のターンオフはソフトスイッチング(ゼロ電流スイッチング(ZCS))を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、相間コンデンサC0→ハイサイドのチョークコイルL1→共通接続点N2→ローサイドのメインスイッチング素子Q2→ローサイドラインLL→第1の平滑コンデンサC1→ハイサイドラインLH→ハイサイドのメインスイッチング素子Q3→共通接続点N4→ローサイドのチョークコイルL2→相間コンデンサC0の経路のみを流れることになる。したがって、ハイサイドのチョークコイルL1、ローサイドのチョークコイルL2がエネルギーを蓄積する。ローサイドのトランスT4の一次巻線、ハイサイドのトランスT5の一次巻線には電流が流れないので、整流回路6b,7bでは電流は流れない。 (5) In the next phase, the current in the resonance coil L5 disappears and the low-side auxiliary switching element Q10 turns off, and the current in the resonance coil L6 disappears and the high-side auxiliary switching element Q11 turns off. The turn-off of the auxiliary switching elements Q10 and Q11 utilizes soft switching (zero current switching (ZCS)) to reduce switching loss. In this steady state, the current flows as follows: interphase capacitor C0→high side choke coil L1→common connection point N2→low side main switching element Q2→low side line LL→first smoothing capacitor C1→high side line LH→high side The current flows only along the main switching element Q3→common connection point N4→low-side choke coil L2→interphase capacitor C0. Therefore, the high-side choke coil L1 and the low-side choke coil L2 accumulate energy. Since no current flows through the primary winding of the low-side transformer T4 and the primary winding of the high-side transformer T5, no current flows through the rectifier circuits 6b and 7b.

(6)次のフェーズにおいて、ローサイドのメインスイッチング素子Q2およびハイサイドのメインスイッチング素子Q3がターンオフされる。その瞬間から電流が共振用コンデンサC6,C7へ転流し、共振用コンデンサC6,C7へ充電が行われる。メインスイッチング素子Q2,Q3の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用コンデンサC6,C7へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。 (6) In the next phase, the low-side main switching element Q2 and the high-side main switching element Q3 are turned off. From that moment on, the current is commutated to the resonance capacitors C6, C7 and the resonance capacitors C6, C7 are charged. While the voltage across the main switching elements Q2 and Q3 rises slowly, the current is quickly transferred to the resonance capacitors C6 and C7, resulting in almost no switching loss.

(7)次のフェーズにおいて、メインスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4、補助スイッチング素子Q9,Q10,Q11,Q12がオフ状態にあって、ハイサイドのチョークコイルL1およびローサイドのチョークコイルL2がエネルギーを蓄積し、相間コンデンサC0→ローサイドのチョークコイルL2→共通接続点N4→ハイサイドのメインスイッチング素子Q3の逆並列接続の寄生ダイオード→ハイサイドラインLH→第1の平滑コンデンサC1→ローサイドラインLL→ローサイドのメインスイッチング素子Q2の逆並列接続の寄生ダイオード→共通接続点N2→ハイサイドのチョークコイルL1→相間コンデンサC0の経路で電流が流れる。これは、転流動作以前の定常状態である。転流前にあっては、転流制御回路6a,7aには電流は流れず、整流回路6b,7bにも電流は流れない。 (7) In the next phase, the main switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 and the auxiliary switching elements Q9, Q10, Q11, Q12 are in the off state, and the high-side choke coil L1 and the low-side choke coil L2 are energized. interphase capacitor C0 → choke coil L2 on the low side → common connection point N4 → parasitic diode of anti-parallel connection of the main switching element Q3 on the high side → high side line LH → first smoothing capacitor C1 → low side line LL → A current flows through the path of the antiparallel-connected parasitic diode of the low-side main switching element Q2→the common connection point N2→the high-side choke coil L1→the interphase capacitor C0. This is the steady state prior to commutation operation. Before commutation, no current flows through the commutation control circuits 6a and 7a, and no current flows through the rectifier circuits 6b and 7b.

(8)次のフェーズにおいて、ローサイドの補助スイッチング素子Q12とハイサイドの補助スイッチング素子Q9がターンオンする。その結果、転流によって、共通接続点N4→共振用コイルL6→ローサイドのトランスT6の一次巻線→ローサイドの補助スイッチング素子Q12の経路からハイサイドの補助スイッチング素子Q9→ハイサイドのトランスT3の一次巻線→共振用コイルL5→共通接続点N2の経路が形成される。ローサイドのトランスT6の二次巻線に誘起された電圧により、整流ダイオードD13,D14からハイサイドラインLHを介して、また、ハイサイドのトランスT3の二次巻線に誘起された電圧により、整流ダイオードD7,D8からハイサイドラインLHを介して、それぞれ第1の平滑コンデンサC1に充電が行われる(整流回路6b,7bによる充電)。 (8) In the next phase, the low-side auxiliary switching element Q12 and the high-side auxiliary switching element Q9 are turned on. As a result, due to commutation, the path from the common connection point N4→the resonance coil L6→the primary winding of the low-side transformer T6→the low-side auxiliary switching element Q12 to the high-side auxiliary switching element Q9→the high-side transformer T3 primary. A path of winding→resonance coil L5→common connection point N2 is formed. Rectification by the voltage induced in the secondary winding of the transformer T6 on the low side, from the rectifier diodes D13 and D14 via the high side line LH, and by the voltage induced in the secondary winding of the transformer T3 on the high side The first smoothing capacitor C1 is charged from the diodes D7 and D8 through the high side line LH (charging by the rectifier circuits 6b and 7b).

(9)次のフェーズにおいて、さらに転流によって、ローサイドの共振用コンデンサC8およびハイサイドの共振用コンデンサC5が活性化され、共振動作が生じる。整流回路6b,7bによる第1の平滑コンデンサC1への充電は継続される。 (9) In the next phase, further commutation activates the low-side resonant capacitor C8 and the high-side resonant capacitor C5, resulting in resonant operation. Charging of the first smoothing capacitor C1 by the rectifier circuits 6b and 7b is continued.

(10)次のフェーズにおいて、ローサイドの共振用コンデンサC8の両端電圧が0レベルになると、ローサイドのメインスイッチング素子Q4がターンオンする。また、ハイサイドの共振用コンデンサC5の両端電圧が0レベルになると、ハイサイドのメインスイッチング素子Q1がターンオンする。このメインスイッチング素子Q4,Q1のターンオンは、高周波共振現象によるソフトスイッチング(ゼロ電圧スイッチング(ZVS))を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。 (10) In the next phase, when the voltage across the low-side resonance capacitor C8 becomes 0 level, the low-side main switching element Q4 is turned on. Further, when the voltage across the high-side resonance capacitor C5 becomes 0 level, the high-side main switching element Q1 is turned on. The turn-on of the main switching elements Q4 and Q1 utilizes soft switching (zero voltage switching (ZVS)) due to a high frequency resonance phenomenon, and switching loss is reduced.

ローサイドのメインスイッチング素子Q4がターンオンした時点から共振用コイルL6に流れる電流が徐々に減少し、ローサイドのメインスイッチング素子Q4を中心とする電流へと遷移する。同様に、ハイサイドのメインスイッチング素子Q1がターンオンした時点から共振用コイルL5に流れる電流が徐々に減少し、ハイサイドのメインスイッチング素子Q1を中心とする電流へと遷移する。整流回路6b,7bによる第1の平滑コンデンサC1への充電は継続される。 When the low-side main switching element Q4 is turned on, the current flowing through the resonance coil L6 gradually decreases and transitions to a current centering on the low-side main switching element Q4. Similarly, when the high-side main switching element Q1 is turned on, the current flowing through the resonance coil L5 gradually decreases and transitions to a current centering on the high-side main switching element Q1. Charging of the first smoothing capacitor C1 by the rectifier circuits 6b and 7b is continued.

(11)次のフェーズにおいて、共振用コイルL6の電流が無くなり、ローサイドの補助スイッチング素子Q12がターンオフするとともに、共振用コイルL5の電流が無くなり、ハイサイドの補助スイッチング素子Q9がターンオフする。この補助スイッチング素子Q12,Q9のターンオフはソフトスイッチング(ゼロ電流スイッチング(ZCS))を利用するものであり、スイッチングロスが軽減されている。この定常状態では、電流は、相間コンデンサC0→ローサイドのチョークコイルL2→共通接続点N4→ローサイドのメインスイッチング素子Q4→ローサイドラインLL→第1の平滑コンデンサC1→ハイサイドラインLH→ハイサイドのメインスイッチング素子Q1→共通接続点N2→ハイサイドのチョークコイルL1→相間コンデンサC0の経路のみを流れることになる。したがって、ローサイドのチョークコイルL2、ハイサイドのチョークコイルL1がエネルギーを蓄積する。ローサイドのトランスT6の一次巻線、ハイサイドのトランスT3の一次巻線には電流が流れないので、整流回路6b,7bでは電流は流れない。 (11) In the next phase, the resonance coil L6 loses current, turning off the low-side auxiliary switching element Q12, and the resonance coil L5 loses current, turning off the high-side auxiliary switching element Q9. The turn-off of the auxiliary switching elements Q12 and Q9 utilizes soft switching (zero current switching (ZCS)) to reduce switching loss. In this steady state, the current flows as follows: interphase capacitor C0→low-side choke coil L2→common connection point N4→low-side main switching element Q4→low-side line LL→first smoothing capacitor C1→high-side line LH→high-side main switching element The current flows only through the switching element Q1→common connection point N2→high-side choke coil L1→interphase capacitor C0. Therefore, the low-side choke coil L2 and the high-side choke coil L1 accumulate energy. Since no current flows through the primary winding of the transformer T6 on the low side and the primary winding of the transformer T3 on the high side, no current flows through the rectifier circuits 6b and 7b.

(12)次のフェーズにおいて、ローサイドのメインスイッチング素子Q4およびハイサイドのメインスイッチング素子Q1がターンオフされる。その瞬間から電流が共振用コンデンサC8,C5へ転流し、共振用コンデンサC8,C5へ充電が行われる。メインスイッチング素子Q4,Q1の両端電圧がゆっくり上昇するのに対し、電流は素早く共振用コンデンサC8,C5へ転移するため、スイッチングロスはほとんど生じない。 (12) In the next phase, the low-side main switching element Q4 and the high-side main switching element Q1 are turned off. From that moment on, the current is commutated to the resonance capacitors C8 and C5, charging the resonance capacitors C8 and C5. Although the voltage across the main switching elements Q4 and Q1 rises slowly, the current is quickly transferred to the resonance capacitors C8 and C5, so that almost no switching loss occurs.

上記のように構成され、動作する実施例の蓄電システムにおいて、スイッチング制御回路8は、入力交流電圧に対するメインのスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のデューティを監視し、デューティ15パーセント以下(一例)となる第1および第2の領域reg1,reg2に達する前と、デューティ80パーセント以上(一例)となる第3および第4の領域reg3,reg4に達する前とにおいて、補助スイッチング素子Q9,Q10,Q11,Q12の動作を停止させる。その結果、第1の双方向インバータ部4aにおいても第2の双方向インバータ部4bにおいても、そのメインスイッチング素子Q1,Q2あるいはQ3,Q4のソフトスイッチング動作の安定化を図り、変換効率を改善することができる。その結果、蓄電システムの充放電動作を高効率化することができる。 In the power storage system of the embodiment configured and operated as described above, the switching control circuit 8 monitors the duty of the main switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 with respect to the input AC voltage, and the duty is 15% or less (one example). and before reaching the third and fourth regions reg3 and reg4 where the duty is 80% or more (one example), the auxiliary switching elements Q9, Q10, Q11 , Q12 are stopped. As a result, in both the first bidirectional inverter section 4a and the second bidirectional inverter section 4b, the soft switching operation of the main switching elements Q1, Q2 or Q3, Q4 is stabilized, and the conversion efficiency is improved. be able to. As a result, the charge/discharge operation of the power storage system can be made highly efficient.

なお、上記の実施例においては、双方向DC/DCコンバータ5の具体的構成については特に言及していないが、図3のようにARCP回路を持たない回路構成でもよいし、あるいは図4のように充放電兼用のトランスを備えたARCP回路を具備する回路構成や、図5のように充電用のハイサイドのトランスと放電用のローサイドのトランスとに分離した回路構成としても構わない。 Although the specific configuration of the bidirectional DC/DC converter 5 is not particularly mentioned in the above embodiment, it may be a circuit configuration without an ARCP circuit as shown in FIG. A circuit configuration including an ARCP circuit having a transformer for both charging and discharging, or a circuit configuration in which a high-side transformer for charging and a low-side transformer for discharging are separated as shown in FIG. 5 may be used.

本発明は、ARCP回路を適用した双方向インバータに関して、変換効率を改善させる技術として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a technique for improving the conversion efficiency of a bidirectional inverter to which an ARCP circuit is applied.

1 交流系統
4 双方向インバータ
4a 第1の双方向インバータ部
4b 第2の双方向インバータ部
5 双方向DC/DCコンバータ
6 第1のARCP回路
7 第2のARCP回路
6a,7a 転流制御回路
6b,7b 整流回路
8 スイッチング制御回路
BT 蓄電池
C2 平滑コンデンサ(第2の平滑コンデンサ)
C5,C7 ハイサイドの共振用コンデンサ
C6,C8 ローサイドの共振用コンデンサ
L5,L6 共振用コイル
L1 ハイサイドのチョークコイル
L2 ローサイドのチョークコイル
LH ハイサイドライン
LL ローサイドライン
N2,N4 共通接続点
Q1,Q3 ハイサイドのメインスイッチング素子
Q2,Q4 ローサイドのメインスイッチング素子
Q9,Q11 ハイサイドの補助スイッチング素子
Q10,Q12 ローサイドの補助スイッチング素子
T3,T5 ハイサイドのトランス
T4,T6 ローサイドのトランス
1 AC system 4 Bidirectional inverter 4a First bidirectional inverter unit 4b Second bidirectional inverter unit 5 Bidirectional DC/DC converter 6 First ARCP circuit 7 Second ARCP circuit 6a, 7a Commutation control circuit 6b , 7b rectifier circuit 8 switching control circuit BT storage battery C2 smoothing capacitor (second smoothing capacitor)
C5, C7 High side resonance capacitor C6, C8 Low side resonance capacitor L5, L6 Resonance coil L1 High side choke coil L2 Low side choke coil LH High side line LL Low side line N2, N4 Common connection point Q1, Q3 High side main switching element Q2, Q4 Low side main switching element Q9, Q11 High side auxiliary switching element Q10, Q12 Low side auxiliary switching element T3, T5 High side transformer T4, T6 Low side transformer

Claims (4)

一対の電源ラインを構成するハイサイドラインとローサイドラインとの間に設けられた第1の双方向インバータ部と第2の双方向インバータ部とを備え、
前記第1の双方向インバータ部は、ハイサイドのメインスイッチング素子とローサイドのメインスイッチング素子との直列回路および第1のARCP回路を有し、
前記第2の双方向インバータ部は、ハイサイドのメインスイッチング素子とローサイドのメインスイッチング素子との直列回路および第2のARCP回路を有し、
前記第1および第2のARCP回路はそれぞれ、前記ハイサイドのメインスイッチング素子に対応してハイサイドの補助スイッチング素子と、前記ローサイドのメインスイッチング素子に対応してローサイドの補助スイッチング素子とを含み、
前記ハイサイドの補助スイッチング素子は前記ハイサイドのメインスイッチング素子のターンオン前にオンされ電流を転流させることにより、前記ハイサイドのメインスイッチング素子のソフトスイッチングを実行するとともに、前記ローサイドの補助スイッチング素子は前記ローサイドのメインスイッチング素子のターンオン前にオンされ電流を転流させることにより、前記ローサイドのメインスイッチング素子のソフトスイッチングを実行するように構成され、
前記ハイサイドおよびローサイドの補助スイッチング素子に対するスイッチング制御回路は、前記ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子のデューティが前記各ARCP回路における共振条件から外れることとなる所定限界のデューティ状態に達する前に、前記各補助スイッチング素子の動作を停止させるように構成されていることを特徴とする双方向インバータ。
a first bidirectional inverter section and a second bidirectional inverter section provided between a high side line and a low side line that constitute a pair of power supply lines;
The first bidirectional inverter section has a series circuit of a high-side main switching element and a low-side main switching element and a first ARCP circuit,
The second bidirectional inverter section has a series circuit of a high-side main switching element and a low-side main switching element and a second ARCP circuit,
each of the first and second ARCP circuits includes a high-side auxiliary switching element corresponding to the high-side main switching element and a low-side auxiliary switching element corresponding to the low-side main switching element;
The high-side auxiliary switching element is turned on before the high-side main switching element is turned on to commutate current, thereby performing soft switching of the high-side main switching element and the low-side auxiliary switching element. is turned on before the low-side main switching element is turned on to commutate current to perform soft switching of the low-side main switching element;
The switching control circuit for the high-side and low-side auxiliary switching elements controls the switching before the duty of the high-side and low-side main switching elements reaches a predetermined limit duty state that deviates from the resonance condition in each ARCP circuit. A bidirectional inverter, characterized in that it is configured to stop the operation of each auxiliary switching element.
前記第1および第2のARCP回路はそれぞれ、転流制御回路と整流回路とを有し、
前記転流制御回路は、前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に前記ハイサイドの補助スイッチング素子とトランスの一次巻線と前記ローサイドの補助スイッチング素子の直列回路が接続され、前記ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子の共通接続点と前記トランスの一次巻線とが共振用コイルを介して接続され、前記ハイサイドおよびローサイドのメインスイッチング素子の電流路を構成する両端子間にそれぞれハイサイドおよびローサイドの共振用コンデンサが並列に接続され、
前記整流回路は、前記トランスの二次巻線に誘起される電流を前記ハイサイドラインに向かう一方向に供給するように構成されている請求項1に記載の双方向インバータ。
the first and second ARCP circuits each have a commutation control circuit and a rectification circuit;
In the commutation control circuit, a series circuit of the high-side auxiliary switching element, the primary winding of a transformer, and the low-side auxiliary switching element is connected between the high-side line and the low-side line. A common connection point of the low-side main switching elements and the primary winding of the transformer are connected via a resonance coil, and high-side and low-side main switching elements are connected between both terminals constituting current paths of the high-side and low-side main switching elements, respectively. A low-side resonant capacitor is connected in parallel,
2. The bidirectional inverter according to claim 1, wherein said rectifier circuit is configured to supply current induced in a secondary winding of said transformer in one direction toward said high side line.
前記トランスは、前記ハイサイドの補助スイッチング素子に一次巻線が接続されたハイサイドのトランスと、前記ローサイドの補助スイッチング素子に一次巻線が接続されたローサイドのトランスとを有し、前記ハイサイドのトランスと前記ローサイドのトランスとが実質的に磁気結合することなく互いに分離配置され
前記ハイサイドのトランスの一次巻線と前記ローサイドのトランスの一次巻線との共通接続点と前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記ローサイドのメインスイッチング素子との共通接続点との間に共振用コイルが接続されている請求項2に記載の双方向インバータ。
The transformer includes a high-side transformer having a primary winding connected to the high-side auxiliary switching element and a low-side transformer having a primary winding connected to the low-side auxiliary switching element, and the low-side transformer are separated from each other without substantial magnetic coupling ,
a resonance coil between a common connection point between the primary winding of the high-side transformer and the primary winding of the low-side transformer and a common connection point between the high-side main switching element and the low-side main switching element; 3. The bi-directional inverter according to claim 2, wherein the is connected to .
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の双方向インバータと、双方向DC/DCコンバータとが交流系統と蓄電池との間で直列に接続され、
前記双方向インバータと前記双方向DC/DCコンバータとを結ぶ前記ハイサイドラインと前記ローサイドラインとの間に平滑コンデンサが接続され、
前記第1の双方向インバータ部における前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記ローサイドのメインスイッチング素子との共通接続点が前記交流系統側のハイサイドのチョークコイルに接続され、
前記第2の双方向インバータ部における前記ハイサイドのメインスイッチング素子と前記ローサイドのメインスイッチング素子との共通接続点が前記交流系統側のローサイドのチョークコイルに接続されている蓄電システム。
The bidirectional inverter according to any one of claims 1 to 3 and the bidirectional DC/DC converter are connected in series between the AC system and the storage battery,
a smoothing capacitor is connected between the high side line and the low side line connecting the bidirectional inverter and the bidirectional DC/DC converter;
a common connection point between the high-side main switching element and the low-side main switching element in the first bidirectional inverter section is connected to the high-side choke coil on the AC system side;
A power storage system in which a common connection point between the high-side main switching element and the low-side main switching element in the second bidirectional inverter section is connected to a low-side choke coil on the AC system side.
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